[發明專利]一種雙饋發電機組交、直流并網系統及方法與應用

有效

• 申請號: 201410249729.2
• 申請日: 2014-06-06
• 公開（公告）號: CN104092235B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 謝寶忠
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 蔡茂略

技術領域

本發明涉及風力、水力或者火力發電技術領域，尤其涉及一種雙饋發電機組交、直流并網系統及方法與應用。

背景技術

雙饋式異步發電機向電網輸出的功率由兩部分組成，即直接從定子輸出的功率和轉子經變頻器輸出的功率。

例如風力機的機械速度是允許隨著風速而變化的。通過對發電機的控制使風力機運行在最佳葉尖速比，從而使整個運行速度的范圍內均有最佳功率系數。當發電機的轉速低于氣隙旋轉磁場的轉速時，發電機處于亞同步速運行，為了保證發電機發出的頻率與電網頻率一致，需要變頻器向發電機轉子提供正相序勵磁，給轉子繞組輸入一個其旋轉磁場方向與轉子機械方向相同的勵磁電流，此時，轉子的制動轉矩與轉子的機械轉向相反，轉子的電流必須與轉子的感應反電動勢反方向，轉差率減小，定子向電網饋送電功率，而變頻器向轉子繞組輸入功率；當發電機的轉速高于氣隙旋轉磁場的轉速時，發電機處于超同步速運行，為了保證發電機發出的頻率與電網頻率一致，需要給轉子繞組輸入一個其旋轉磁場方向與轉子機械方向相反的勵磁電流，此時變頻器向發電機轉子提供負相序勵磁，以加大轉差率，變頻器從轉子繞組吸收功率；當發電機的轉速等于氣隙旋轉磁場的轉速時，發電機處于同步速運行，變頻器應向轉子提供直流勵磁，此時，轉子的制動轉矩與轉子的機械轉向相反，與轉子感生電流產生的轉矩同方向，定子和轉子都向電網饋送電功率。風力發電的棄風是由于當地電網接納能力不足和風電不穩定等自身特點導致的部分風電場風機暫停，棄風限電問題導致的風電場運行經濟性下降，棄風限電的主要原因是并網難題，風電出力不穩定，需要其他電源為其提供無償調峰服務，需建設抽水蓄能、燃氣發電等調峰、調頻電源，在調峰容量緊缺時，棄風限電特別嚴重，優化規劃電源結構和電網布局，擴大風電消納市場，還需要通過科技創新，推動風電生產和消費的協調。

與風力發電相似，水力發電中的水輪機也可以根據所在工況下的工作水頭、流量等參數通過雙饋異步發電機實現變速運行以提高水輪機的運行效率，改善運行狀況。

發明內容

本發明的目的在于降低風速波動或水輪機工作水頭及流量變化時雙饋異步發電機組輸出功率對電網的影響，提供一種雙饋發電機組交、直流并網系統及方法與應用；將定子繞組輸出的較穩定的功率直接并入交流電網，可使雙饋異步發電機組作為電網的基本電源，提高電網運行的穩定性；而轉子輸出的功率則轉化為其他形式的能源儲存或消耗掉。

本發明通過下述技術方案實現：

一種雙饋發電機組交、直流并網系統，包括測量控制模塊、原動機及其傳動與增速模塊、雙饋異步發電機、發電機側變流器、直流母線、能源轉換模塊、電網側整流器、交流母線、升壓變壓器、交流電網；

所述測量控制模塊依次連接原動機及其傳動與增速模塊、雙饋異步發電機、交流母線、升壓變壓器、交流電網；

所述發電機側變流器依次連接直流母線、電網側整流器；

所述能源轉換模塊還與直流母線連接；

所述發電機側變流器還與雙饋異步發電機連接，所述電網側整流器還與交流母線連接。

發電機側變流器連接雙饋異步發電機的轉子勵磁繞組；所述交流母線連接雙饋異步發電機的定子繞組。

所述原動機包括風力發電機、水力發電機或者火力發電機。

上述雙饋發電機組交、直流并網系統的運行方法如下，

一：測量控制模塊，測量雙饋異步發電機的轉速，并根據雙饋異步發電機的轉速，確定雙饋異步發電機的運行狀態；

二：測量控制模塊用于控制發電機側變流器的頻率、幅值與相位參數，實現雙饋異步發電機的有功、無功解耦控制；

三：原動機及其傳動與增速模塊，將動能、勢能轉換為機械能，并通過傳動與增速模塊提高雙饋異步發電機的轉速，或不經增速直接驅動雙饋異步發電機；

四：雙饋異步發電機將機械能轉換為電能，雙饋異步發電機的定子線圈輸出的交流電能，直接送到交流電網；

五：當雙饋異步發電機運行于超同步狀態時，將雙饋異步發電機的轉子繞組輸出的交流電經發電機側變流器整流為直流輸出到直流母線，供給能源轉換模塊，將電能轉換為熱能或氫氣能；

六：當雙饋異步發電機運行于同步狀態時，電網側整流器將電網交流電整流為直流輸出到直流母線，發電機側變流器將直流母線的直流電壓輸出到雙饋異步發電機的轉子勵磁繞組；

七：當雙饋異步發電機運行于亞同步狀態時，電網側整流器將電網交流電整流為直流輸出到直流母線，發電機側變流器將直流母線的直流電壓轉換為低頻交流輸出到雙饋異步發電機的轉子勵磁繞組；